表面粗糙度培训教材(东京精密)

后预备长度 lp (λｃ/2)
术语
主要术语说明
取样长度l： 用于评定表面粗糙度特征所规定的一段基准线的长度。 取样长度的大小的规定和选取是为了限制和减弱工件表面波纹及轮廓 度对表面粗糙度测量结果的影响。既不能过大，与不能过小。一般应 保证在取样长度上有五个以上的表面微观起伏的峰谷。国际标准规定 了五个标准的取样长度值，它们是0.08 ; 0.25; 0.8; 2.5；8 mm。 通常表面越粗糙，取样长度值l 应越大。
Ra,Rv,Rvk,RSm,Pc
Rp,Rz,Et,RSm
滤波方式与特性
2RC阻容滤波
由双电阻和双电容组成的滤波电路 当λ =λc75时传输率a2/ a0=75%
2RC(相位补偿)阻容滤波＋相位补偿功能
是将传感器原始信号经滤波后，引起的相移加以修正 当λ =λc 时传输率a2/ a0=75%
高斯滤波
Sampling length L
粗糙度的参数
ISO 4287:’97/JISB0601:’01
主要参数说明
高度参数 （2） Rz：最大高度粗糙度。
Rp Rv
Sampling length LSampling length L
Rz
取样长度中轮廓曲线峰高 Zp的最大值
& 轮廓曲线谷深 Zv的最大值
粗糙度参数
轮廓、粗糙度 和波纹度
测量剖面曲线
λs 滤波器
测针歪斜 、杂音
100%
50%
剖面曲线 P
P-参数
λc 滤波器
粗糙度曲线 R R-参数
粗糙度曲线
形状偏差曲线 (粗糙度曲线的平均线)
λf 滤波器
滤波波纹曲线W W-参数
波纹度曲线
振幅传达率
0
λs 滤波器(波长)
λc
波长λ
λf
测量曲线
测量曲线的种类
轮廓曲线：P曲线（原始轮廓） 是粗糙度测量仪的触针在工件表面的一定长度内的扫描轨迹（垂直与 加工纹路的切断曲线）所得到的结果。它是不做滤波处理的测量切断 面曲线。
粗糙度的参数
主要参数说明
间距参数
n
（1） S：轮廓单峰平均间距
S = ∑ Sn 1
(JIS B0601:’82)
n
i =1
n
∑ （2） S m ：轮廓微观不平度的平均间距
Sm
=
1 n
Smi
i =1
Sm1 Sm2 Sm3
S1 S2
Surfcom – 负荷曲线
Ml(c)1
Ml(c)i
0%
c
Rt
评价长度 ln
由粗糙度和应力引起的测量错 误
连接
合适的墨水 & 纸张 高速旋转
相关工作部件 曲柄轴
波导电磁核心
继电器,开关,触点 散热器
部分螺钉箝位
测微计, 空气测微计
滚花刀具, 检查表面
打印纸 齿轮,轴承
参数 Rv,Rvk
Ra,Rz Rmr,Mr1,Ra Rmr,Mr1,Ra
Rz,Pt
Rz, Rp,Rpk
Rp,RΔq,RSm,Pc
ISO1302:’02/JISB0031:’03
c
a
e
db
粗糙度的应用 - 缸孔
要求: • 低初期磨耗 • 使用寿命内高耐磨 • 低油耗
缸孔表面状况
高耐磨表面
小的粗糙度波峰
+
适当的油润滑
项目
JIS B0601-1982 ISO 468-1982
JIS B0601-1994 ISO 4287/1-1984
评价曲线 轮廓曲线 Rmax,Rz 粗糙度曲线 Ra 波纹度曲线 ——
—— Ra，Ry，Rz……
——
滤波器
2RC型
高斯型
2RC型（相位补偿）
参数计算方法 参数判定
测量长度 L=3λ(Ra)
间隙
最大波峰高度 Rp 平均线
粗糙度曲线 R
润滑 & 粗糙度
• 滑动轴承, 滑轨 & 滚动轴承需要润滑
■ 油膜 ：起到润滑作用 ■ 油膜 的厚度 &摩擦力 取决于 Rz
& 油层方向
Oil film
■ 油膜参数 λ
●确认润滑状态
Small roughness
Good lubrication
h: 油膜厚度
Surfcom - 仪器结构
立柱
与工件竖直宽度垂直 Z轴
X轴
来回移动
驱动部
工件实表面
测针
放大器
测针顶端形状
θ rtip
θ= 60°(or 90°) r tip = 2μm (or 5,10μm)
工件
夹具 / 定位
测针 (Pickup)
LVDT (模拟) 测针压力 : 0.75mN
(测针顶端为0.2 μm)
λf 确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限
粗糙度的标准
ISO:1997 GB :2000 JIS82(94,01)
DIN:1990
ASME:1995
国际标准 中国国家标准 日本国家标准 德国国家标准 美国国家标准
每个标准都有不同的年代号，不同的标准表述的一些参数意义也有区别。
粗糙度的标准
粗糙度评价的意义
密封性 耐磨性 润滑性 黏结性 光学性能 结合面刚性 强度与疲劳 光泽性 噪音与振动
应用/参数 – 气密性
• 大粗糙度引起间隙
■ 由粗糙度引起的泄露无法密封
泄露量取决于 Rp
■ 表面纹路的方向应该与流动方向垂直. ■ 需要控制粗糙度以保证气密性.
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密封件 或 垫圈
工件表面 断面曲线 P 波纹度曲线 W
2010.03
表面粗糙度理论与标准的发展
1918年，飞机工业对零部件制造提出轻质量高强度要求，开始 关注表面加工痕迹。 20~30年代，各工业国家广泛使用“▽”来定性的衡量表面加 工质量。 40年代，美国Abbott提出波峰深度和支撑长度曲线评定法，从 而奠定了定量评价的基础。 50~60年代，各个工业国家纷纷制定自己的评价标准，并研发 相关仪器
从模具上取下模型
呈轻微反射 亮度
有明显的光反射
易潮湿
相关工作部件 阀体,水龙头,气缸
离合器 轴,轴承,滑块
打磨石 量块
黏合表面 模具
金属表面 车用冷轧钢 镜子,镜头,棱镜 导体,防水部分
参数 Ra,Rp,RSm,Rpk
RΔq.Rz,Rp Rp,Mr,Rpk,Rsk Rv,Mr,Rvk,Rδc Flatness,Rz,Pt
Biblioteka Baidu
基准长度
L=λ 评价长度
L=5λ
JIS B0632-2001 JIS B0633-2001 JIS B0651-2001 Pa，Pz，Psm Ra，Rz，Rsm Wa，Wz，Wsm
高斯型
基准长度 L=λ 评价长度 L=5λ 16%规则 MAX规则
16%原则和最大原则
ISO4288/JISB0633 z 16% 规则:超限的数目为 16% 以下
平均 值
16%
z 最大法则 : 所有带有 “max” 后缀的测量值 都要在公差范围之内
上限 Max
测量数据
表面结构的表征
基本绘图符号
扩展绘图符号
z 表面是用去除材料的方法获得的 z 表面是用不去除材料的方法获得
的 完整的绘图符号
曲面结构的位置要求 z a: 单一表面结构的要求 z b: 第二表面结构的要求 z c: 制造方法 z d: 表面位置和定位 z e: 机械加工余量
基准
粗糙度的定义
粗糙度——加工表面上具有的较小间距和微小峰谷 所组成的微观几何形状误差
粗糙度的定义
任何一个被加工的实际表面都不可能是理想化的表面，
而是呈现出不同节距的峰谷起伏状轮廓。这种实际轮廓
对理想表面的偏差可按其峰谷起伏的高低幅度及节距大
小分为：表面粗糙度（微观不平度）、波纹度和几何形
状误差
Surfcom – 负荷曲线
A B
C
由负荷曲线可以直观的看出表面的结构
实际工件表面的负荷曲线图形
车削表面
珩磨表面
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表面粗糙度的功能 & 参数 1
功能 密封 打滑 磨损 润滑 附着力 黏合 剥落 外观 表面 光学 绝缘
描述 渗漏 表面滑动力 对承载波峰的磨损 润滑油在波谷沉积 贴合 适合于黏合的轮廓
采用国际标准设计的滤波方式。用标准正态分布（高斯分布）函数来描述。 当λ =λc 时传输率a2/ a0=50%
（a2：cutoff之后与波长成分密切相关的波长幅值） （a0：与波长成分密切相关原始波长幅值）
滤波方式与特性
λS 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限
λC （カットオフ波長） 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限
主要参数说明
形状参数
（1） tp ：轮廓支承长度率
b1
bi
c
评价长度 ln
tp(c) =
─1─00─
m ∑ bi (%)
ln i=1
在评价长度范围内，将平行于 平均线的截线放置于测量曲线 上，超过此线（上方）的凸出 部分的底边边长（平行线与测 量曲线的交点间的长度）的总 和与评价长度之比，（%表示） 称之为切断位置的tp 值。
Rz, RΔq Rz, RΔq RΔq,Rq,Ra Wa,RΔq,PPI,Ra RΔq,Rq,Ra RΔq,Ra,Rv,Mr2
表面粗糙度的功能 & 参数 2
功能 疲劳强度
描述
集中在槽的应力
电磁
粗糙度的表面性质
触点 R
热电阻
结合点硬度
接触式电阻
接触式热转换器
由微小接触引起的偏差
尺寸测量
结构 打印 振动
S表ur面face
Wavin波ess长Spacing
表面结构
评价L宽ay度 Se断cti面on
波W Hee长igvih高nte度ss 粗M糙ax度im高um度H最e大igh值t
of Roughness
Rou粗gh糙ne度ss长S度pacing Profile cu轮rv廓e /曲T线otal profile
100% 0%
100%
Rmr(c)
Rmr (c) = ─1─00─
m
∑ Ml(c)i (%)
ln i=1
作为切断水平C的函数所显示的轮廓曲线要素负荷长度率的曲线
Surfcom – 为何有如此多的参数？
两个表面都表现出了相同的 Ra 和 Rz
Rz
A
B
表面的结构完全不同 但传统参数 (Ra, Rz) 仍表现出相同值
测量速度的选取
测量速度 0.003-0.015 0.03-0.06 0.15-0.6 1.5 3
截止波长 0.008，0.025，0.08，0.25，0.8 0.025，0.08，0.25，0.8，2.5 0.08，0.25，0.8，2.5，8 0.25，0.8，2.5，8，25 0.8，2.5，8.，25
术语
主要术语说明
平均中线：粗糙度评定时规定的一条用于计算表面粗糙度参数值的 基准线。 （最小二乗直線）
（1）最小二乘中线 （2）算术平均中线 （3）最小二乘中线与算术平均中线差别极小
术语
（1）最小二乘中线
（2）算术平均中线
在取样长度内，使粗糙度曲线上 各点到该中线的距离的平方和最 小
在取样长度内，划分粗糙度曲线， 使上下面积相等的基准线
测量曲线
测量曲线的种类
粗糙度曲线：R曲线 是对轮廓曲线实施滤波处理。把波长较长的成份滤掉之后所得到的曲 线。使用的滤波器是高通滤波器。
粗糙度 – 术语
剖面曲线 P 平均线
顶峰
粗糙度曲线 R
平均线
取样长度 lr = Cutoffλｃ
前预备长度 lp (λｃ/2)
谷底
lr
lr
lr
lr
评价长度 ln = n×lr （n: 标准5） 轨迹长度 Lt = Lp + Ln + Lp
术语
主要术语说明
评价长度ln ：由连续n个取样长度l 所构成。 由于工件表面存在微观的起伏不平不均匀性，因此只在一个取样长度 内来测量和评定表面粗糙度，其代表性往往不充分。所以规定在测量 时，要连续拾取多个取样长度，在每个取样长度上得出一个评定数值， 再取平均值作为评价结果。
国际标准规定，一个评价长度应含有五个取样长度（通常ln = 5×l ）。但对均匀性好的表面可少于五个，反之可多于五个。
粗糙度的参数
ISO 4287:’97/JISB0601:’01
主要参数说明
高度参数 （1） Ra：轮廓的算术平均偏差。
1L Ra, Pa, Wa = ── ∫ | Z(x) | dx
L0
取样长度中 Z(x) 绝对值的平均
1L Ra = ── ∫ | Z(x) | dx
RRa a
L0
Sampling Length L
Appearance area A
实际接触区域 ai
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如何测量粗糙度？
1比较法 将被测表面与标有一定评定参数值的表面粗糙度样板比较 从判断被测表面的粗糙度。 2光切法 应用光切原理测量表面粗糙度的一种测量方法。按光切原 理制成的仪器叫做光切显微镜。这种方法用来测量Rz。 3干涉法 利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。按干涉原 理制成的仪器叫做干涉显微镜，一般用来测量粗糙度值要 求低的表面 4针描法 接触式测量表面粗糙度的方法，最为常见。
λ =h σ
σ: 复合粗糙度
σ = Rq12 + Rq22
Large roughness
Wear or damage
油膜 & 粗糙度 9
滑动摩擦力 & 粗糙度
• 滑动表面接触在少数微小的点上
■ 巨大的应力 ■ 支撑在接触点上 ■ 滑行运动在两表面间产生
摩擦力
■ 滑行轨道的特性 ● 提高硬度较少磨损 ● 降低 Rz以较少峰点间的应力集中度